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迈克尔逊莫雷实验的有效性质疑Query on the Validity of Michelson-Morley Expe

已有 1738 次阅读 2022-6-9 20:52 |系统分类:论文交流

Zhen-hua Mei

在我们的B. Feng物理理论体系里,我们吸纳了量子场论的观点,要求真空不空。不空的真空也就是以前称之的所谓“以太”,然而遗憾的是以太的存在却被迈克尔逊-莫雷实验的“零”结果所否定,严格地说是一直以来被物理主流观点的解释所否定。新物理理论进展的一系列成功和自洽性要求并启示“以太”的必须存在,这不由得使我们需要重新思考原迈克尔逊-莫雷实验理论解释的正确性,其中是否存在漏洞!仔细深入推敲后,果然有所发现,传统的解释已站不住了需要改写。

为便于分析讨论,现将原迈克尔逊-莫雷实验的理论推导过程(摘于Peter G. Bergmann所著《Introduction to  the Theory of relativity 1946年版,并参见倪光烔、李宏芳所著《近代物理》 1979年版)复述如下:

图1.png

至此,推导过程摘引完毕。为简洁起见,以上省略了式中符号代表的意义和上下启文用的有关附加文字说明,详情可参见原著或相关图书及资料。

研究发现,上述推导可用简单的代入验证法让其试错。我们注意到,在该实验的理论和设计中,不排除l1 = l2,那么现在我们设令在l1 = l2情形,这时装置旋转90度后就成为了装置在没有旋转之前在以太风方向上的一种镜像对称,然而此时互为镜像的两个装置所观察到的光程时差应完全相同,即(9)式应该等于零;现在(9)式在l1 + l2 = 22 的情况下显然不等于零,这个显见的矛盾暴露了其中必然包含有错误。

问题出在(9)式,因为不巧的是(8)式的代入结果为负值,并因为这是个分别不同次的实验,光程时差可以有正负,但干涉图纹结果却不分正负,所以(9)式只能将(7)式和(8)式光程差结果的绝对值进行差减,而不能直接差减,在符号不相同的情况下直接差减的结果将导致的是叠加而非差别的错误。这样一来,后面的(10)式和(11)式的结论也随之错误。

为进一步使研究清晰明了,进行了必要的系列套参数的代入计算,结果列于表1

  表1. 系列套参数计算结果一览表

序号

v/m s-1

c/m

λ/μm

l1/m

l2/m

t/s (t’)

|c t/λ|

 (c ± v c)

|c t*/λ|

 (c ± v = c)

1

30000

300000000

0.590

11

11

3.67×10-16

0.5×37.2%

0.5×37.2%

2

30000

300000000

0.590

11

11

(-3.67×10-16)

|-0.5×37.2%|

|-0.5×37.2%|

3

30000

300000000

0.590

0.8

0.8

2.67×10-17

1.36%

|-1.36%|

4

30000

300000000

0.590

0.8+10-7

0.8

6.93×10-16

35.3%

32.5%

5

30000

300000000

0.590

0.8+10-7

-8.2×10-9

0.8

3.69×10-16

32.5%

29.8%

6

30000

300000000

0.590

0.8+10-7

+8.2×10-9

0.8

7.48×10-16

38.0%

35.3%

7

30000

300000000

0.590

0.8+3×10-7

0.8

2.03×10-15

103%

100%

8

30000

300000000

0.590

0.8+10-6

0.8

6.69×10-15

340%

338%

     注:t’ 表示在装置旋转90度后的光程差;t* 表示在c ± v = 情况下的光程差。

采取将干涉仪旋转90度的办法来观测干涉条纹的变化没有意义,从表1中序号第1套和第2套参数的计算结果表明,90度旋转前后的光程差相等但符号相反,结果对应的干涉条纹移动的数目一样,观测不到干涉条纹变化是理所应当的、正常的。 

在计算模拟中发现,将光臂长度设在11米没有必要,干涉仪两臂长设定在0.8米就挺好。

新的实验方案是设定两臂长0.8米,不旋转,实验时只调整其中一臂(如l1)长度即可观测到干涉条纹的变化,但对长度调节精度要求苛刻。

从表1中的计算可知,序号第3套和第4套参数中如能将其一臂长精准增加0.1微米,则在c ± v ≠ c 情况下造成干涉条纹移动的数目为35.3% - 1.36% = 33.94%;在c ± v = c 情况下造成干涉条纹移动的数目为32.5% - 1.36% = 31.14%。两种情况干涉条纹移动数目的差别(33.94% - 31.14% = 2.8% > 1%)应该能被观测到。对干涉条纹数目的实验观测:

如果结果为33.94%,说明c ± v ≠ c 正确,你可以认为以太存在;

如果结果是31.14%,则说明c ± v = c 正确,你可以认为以太不存在。但该外推性认为的风险性很大,有把握的说法只能是相对论正确。

问题是将臂长精准控制到只增加0.1微米的操作极其困难。表1中的序号第5套和第6套参数的计算结果表明,如果对操作0.1微米的误差为8.2%(即± 0.0082微米,将导致干涉条纹移动数目在32.5%~38%范围的变动,该范围覆盖并包含了在c ± v = c  情况下干涉条纹移动数目的32.5%~35.3%范围。序号第7套和第8套参数的计算结果表明,如臂长调节误差在0.3~1微米,将导致干涉条纹移动数目在103%~340%的巨大变动。

就当前技术条件而言,将宏观机械臂尺度调节误差控制到小于0.0082微米是不可能的,因此由于不可控的误差问题,我们无法从干涉条纹结果上判别c ± v = c 的正确如否。也就是说无论怎样,迈克尔逊-莫雷实验装置的以太风实验失去了有效性。





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